智能家用電器殘余電壓測試分析

姜義重 邱海軍

（1.國家節(jié)能環(huán)保制冷設(shè)備工程技術(shù)研究中心 珠海 519070；2.空調(diào)設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 珠海 519070）

引言

當(dāng)人們?cè)谑褂眉矣秒娖鳟a(chǎn)品時(shí),拔掉插頭的瞬間，因家用電器內(nèi)部儲(chǔ)能元件的大電容器上電壓未能瞬間釋放,插頭上各插腳之間會(huì)有一定的電壓殘留在電器內(nèi)部，此時(shí)用戶如果內(nèi)觸到插頭就有觸電的危險(xiǎn)性。從用戶的安全角度出發(fā),對(duì)此項(xiàng)指標(biāo)需進(jìn)行專項(xiàng)的測試、考核；標(biāo)準(zhǔn)GB 4706.1-2005的安全第1部分通用要求中第22.5條明確要求：電源峰值斷電1 s時(shí)殘壓不能超過34 V；且示波器電壓探頭必須根據(jù)CTL決議 PSH716的要求內(nèi)阻要大于100 MΩ，容抗要小于25 pf；針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)要求以及CTL決議的要求，對(duì)實(shí)際的智能電器智能家用電器殘余電壓測試分析，提出相應(yīng)的疑問并進(jìn)行驗(yàn)證。

1 標(biāo)準(zhǔn)疑問及分析

1.1 標(biāo)準(zhǔn)疑問

1.1.1 殘余電壓的標(biāo)準(zhǔn)問題：

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全第1部分通用要求》第22.5條要求[1]：通過一個(gè)插頭來與電源連接的工裝，其結(jié)構(gòu)應(yīng)能使其在正常使用中當(dāng)觸碰該插頭的插腳時(shí)，不會(huì)因額定電容量等于或大于0.1 μF的電容器被充過電而引起電擊，致使用戶遭受危險(xiǎn)。

通過下列試驗(yàn)確定其是否符合要求。

待測器具用額定的電壓供電，使其正常工作，然后將其任意一個(gè)開關(guān)置于“斷開”位置，測量器具在電壓峰值時(shí)從電源斷開到斷開后的1 s時(shí)間內(nèi)，用一個(gè)不會(huì)對(duì)測量值產(chǎn)生明顯影響的儀器，測量插頭各插腳間的電壓，此電壓不應(yīng)超過標(biāo)準(zhǔn)要求的安全電壓。

1.1.2 殘余電壓檢測方法

操作的具體要求及試驗(yàn)儀器、試驗(yàn)方法如下：

插頭斷開要在電源峰峰值斷開（用工裝或手動(dòng)斷開都必須保證這一點(diǎn)）,示波器電壓探頭選取根據(jù)CTL決議 PSH716的要求：內(nèi)阻大于100 MΩ，容抗小于25 pf；斷電1 s時(shí)示波器讀出電壓值不能超過34 V，注意示波器電壓基準(zhǔn)值需歸零，光標(biāo)需準(zhǔn)確定位后讀數(shù)。示意圖如圖1。

其中CTL決議中要求示波器電壓探頭內(nèi)阻大于100 MΩ，此要求在被測樣品阻抗較小如幾MΩ的情況下無問題，但是當(dāng)被測樣品本身內(nèi)阻就超過探頭內(nèi)阻的情況下，測試探頭就不滿足要求，導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確。

1.2 疑問解答

當(dāng)探頭探測到待測試的電路后，探頭轉(zhuǎn)化為被測電路的一部分，因此探頭的內(nèi)部負(fù)載特性對(duì)被測電路是有所影響的。探頭的負(fù)載特性包括3部分：①阻性負(fù)載；②容性負(fù)載；③感性負(fù)載。

探頭的負(fù)載效應(yīng)中的阻性負(fù)載相當(dāng)于在被測電路上并聯(lián)了一個(gè)電阻，對(duì)于測信號(hào)影響是起到了分壓的作用，直接影響被測信號(hào)的幅度和直流偏置。當(dāng)被測物內(nèi)阻為100 mΩ時(shí)，根據(jù)電阻放電公式計(jì)算：

式中：

時(shí)間常數(shù)τ=RC。

1）當(dāng)被測物內(nèi)阻100 MΩ，電容0.1 uF時(shí)，如下第一行數(shù)據(jù)，探頭內(nèi)阻無窮大，此時(shí)理論計(jì)算值1 s時(shí)殘壓281.5 V，這個(gè)作為真值。

2）當(dāng)被測物內(nèi)阻100 MΩ，電容0.1 uF時(shí)，如下第二行數(shù)據(jù)，探頭內(nèi)阻100 MΩ，此時(shí)理論計(jì)算值1 s時(shí)殘壓254.7 V，測量誤差（281.5～254.7）/281.5 = 9.52 %。

3）當(dāng)被測物內(nèi)阻100 MΩ，電容0.1 uF時(shí)，如下第三行數(shù)據(jù)，探頭內(nèi)阻1 000 MΩ，此時(shí)理論計(jì)算值1 s時(shí)殘壓278.7 V，測量誤差（281.5～278.7）/281.5 = 1 %。

一般情況下，推薦探頭的電阻R是被測源電阻的10倍以上，以維持小于10 %的幅度誤差。如測試阻抗為110 kΩ，選取探頭阻抗為1 MΩ，測試誤差即為10 %；選取探頭阻抗為110 kΩ的話，測試誤差則達(dá)到50 %。

從表1、圖2測試結(jié)果來看，探頭阻抗直接影響測試結(jié)果準(zhǔn)確性，針對(duì)不同阻抗的被測樣品，要選取與之對(duì)應(yīng)的示波器探頭，從而來保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

表1 不同探頭內(nèi)阻插頭放電計(jì)算結(jié)果

2 實(shí)例分析

根據(jù)GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全第1部分通用要求》第22.5條要求[1]，使用內(nèi)阻為100 MΩ的電壓探頭測試某適配器搭配的家電產(chǎn)品殘壓時(shí)，測試結(jié)果為40 V（圖3），不滿足國標(biāo)要求的在斷開后的1 s時(shí)，電壓不應(yīng)超過34 V。

適配器原理圖如圖4，從原理圖分析，此款適配器沒有X2電容，理論上不存在放電的殘余電壓。測試探頭阻抗為100 MΩ，容抗為25 pf，而適配器測試阻抗為100 MΩ，明顯探頭已不符合測試要求。

同時(shí)，使用Simplorer軟件對(duì)適配器原理進(jìn)行仿真建模，如圖5、6所示，從峰值電壓m1處310.9 V斷開到達(dá)m2處，1 s內(nèi)電壓已經(jīng)降為0 V，且從仿真結(jié)果可以看出基本在一斷電的時(shí)候，電壓已降為0 V。

又使用同一廠家另一款適配器，阻抗大小3.4 MΩ，進(jìn)行測試，在斷電1 s時(shí)，殘余電壓為5 V（圖7）左右，滿足國標(biāo)GB 4706.1-2005 中22.5要求。

經(jīng)對(duì)倆個(gè)適配器對(duì)比分析，二者原理圖一致，區(qū)別在于阻抗不一致，導(dǎo)致凈化器殘壓測試不合格的原因并非產(chǎn)品本身問題，而是探頭選取不當(dāng)，導(dǎo)致的結(jié)果偏差。新適配器內(nèi)阻在100 MΩ左右，按IEC的CTL決議探頭選取100 MΩ左右，但是協(xié)議未對(duì)探頭的使用范圍做說明，對(duì)于高內(nèi)阻產(chǎn)品測試阻抗為100 MΩ的探頭已經(jīng)不能滿足需求。

3 結(jié)語

1）按IEC的CTL決議探頭阻抗選?。?00 MΩ，但是協(xié)議未對(duì)測試高內(nèi)阻產(chǎn)品如何選擇探頭做出明確聲明，決議要求探頭阻抗＞100 MΩ，但是具體大多少合適需要一個(gè)具體的范圍。對(duì)于高阻抗產(chǎn)品，100 MΩ阻抗的電壓探頭已不能滿足測試要求。通過分析研究，示波器的探頭應(yīng)當(dāng)被看作被測電路中的一部分, 因此它對(duì)被測電路的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，如果想要運(yùn)用示波器測試到準(zhǔn)確的信號(hào)值，就一定要根據(jù)實(shí)際的測試進(jìn)行相應(yīng)的阻抗匹配以及合適的測試探頭，否則，測到的信號(hào)指標(biāo)值與真實(shí)信號(hào)值就有可能產(chǎn)生較大的差異，甚至可能會(huì)得到截然不同的結(jié)果。推薦探頭的電阻R〉10倍被測源電阻，以維持小于10 %的幅度誤差。

2）帶適配器的產(chǎn)品，我們首先得保證適配器的殘余電壓是否合格，如果適配器裝載在樣機(jī)內(nèi)部，無法單獨(dú)進(jìn)行測試時(shí)，為保證測得殘余電壓的最大值，我們應(yīng)該分別在為充滿電和充滿電兩種情況下分別進(jìn)行殘余電壓測試。

3）本文根據(jù)最新版的IEC安全標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合實(shí)際問題對(duì)智能家電電器的殘壓測試方法進(jìn)行了梳理及分析，幫助讀者更好地對(duì)標(biāo)準(zhǔn)理解、方法掌握，并有助于用于平時(shí)評(píng)審測試，降低評(píng)審失效風(fēng)險(xiǎn)。